人工衛星管制システムにおけるCICD / CICD in satellite control systems

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©Synspective Inc. Synspective Inc. 人工衛星管制システムにおけるCI/CD Principal Cloud Architect クラウドネイティブ分科会 #13 Masaya Arai

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©Synspective Inc. 新井雅也これまでは、野村総合研究所のインフラエンジニア兼システムアーキテクトとして、主に金融業界のシステム設計、開発、運用に従事。 2023年6月にSynspectiveにジョイン。クラウドに関する技術力を活かしつつ、宇宙業界の発展に尽力している。 AWS Container Hero Google Cloud Partner Top Engineer 2023 @msy78 Principal Cloud Architect 1

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©Synspective Inc. 2

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©Synspective Inc. 本日お伝えしたいこと・衛星管制システムでは、高頻度なリリース << 安定したリリース・衛星が増えると、リリース運用の難易度が増す 3

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©Synspective Inc. Synspectiveの紹介 4

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©Synspective Inc. Synspectiveの紹介小型SAR衛星の開発・運用さらに取得したデータをAI等を活用し解析を行う私たちの衛星は、内閣府ImPACTプログラムの技術成果を基に、 SynspectiveとJAXA、東京大学、東京工業大学等と共同で開発した、革新的な小型・低コストのSAR衛星です。 5

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©Synspective Inc. 地表面へのマイクロ波を照射し、反射信号を分析して対象物を観測することで、形状や対象物の変化が検出可能 SAR衛星とは 7

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©Synspective Inc. SAR衛星画像の特徴 8

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©Synspective Inc. ＊元画像に雲を追加した図解画像です。元画像はTerraMetricsから引用 ©Synspective Inc. 光学画像 SAR画像 SAR衛星画像の特徴 9

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©Synspective Inc. ＊元画像に雲を追加した図解画像です。元画像はTerraMetricsから引用 ©Synspective Inc. 見た目のわかりやすさ天候・時間の影響観測対象光学画像 SAR画像 SAR衛星画像の特徴色形 10

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©Synspective Inc. 11 実際に観測された SAR衛星画像の例オランダ、ロッテルダム付近

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©Synspective Inc. 12 2024-03-12に第４号機の衛星打ち上げに無事成功しました ※参考：https://synspective.com/press-release/2024/strix-3_launch_02/

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©Synspective Inc. SAR衛星画像活用が期待される先安全保障インフラ・メンテナンス防災・損害保険資源エネルギー開発複数の小型衛星からなるコンステレーション（衛星群）で高頻度な情報提供を目指しています SARデータソリューション 13

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©Synspective Inc. 人工衛星から取得したデータが届くまで 14

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©Synspective Inc. 衛星から取得したデータがユーザに届くまで 15

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©Synspective Inc. 衛星から取得したデータがユーザに届くまでデータプラットフォーム地上システム衛星画像のオーダー衛星画像のオーダーお客様 16

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©Synspective Inc. 衛星から取得したデータがユーザに届くまでデータプラットフォーム地上システム外部地上局プロバイダ SAR衛星衛星画像のオーダー衛星画像のオーダーコマンドリクエストコマンドリクエスト観測データテレメトリデータ観測データテレメトリデータ衛星のモニタリングお客様衛星運用担当者 17

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©Synspective Inc. 衛星から取得したデータがユーザに届くまでデータプラットフォーム地上システムソリューションプラットフォーム外部地上局プロバイダ SAR衛星衛星画像のオーダー衛星画像のダウンロード衛星画像のオーダー衛星画像の取得コマンドリクエストコマンドリクエスト観測データテレメトリデータ観測データテレメトリデータ衛星画像の取得衛星のモニタリングお客様衛星運用担当者 18

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©Synspective Inc. 衛星から取得したデータがユーザに届くまでデータプラットフォームソリューションプラットフォーム外部地上局プロバイダ SAR衛星衛星画像のオーダー衛星画像のダウンロード衛星画像のオーダー衛星画像の取得コマンドリクエストコマンドリクエスト観測データテレメトリデータ観測データテレメトリデータ衛星画像の取得衛星のモニタリングお客様衛星運用担当者 19 地上システムここを深堀り

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©Synspective Inc. 地上システムにおける衛星管制システム 20

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©Synspective Inc. 地上システムは4つのサブシステムによって構成地上システム 21

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©Synspective Inc. 地上システムは4つのサブシステムによって構成地上システム計画・予測システム画像生成システム衛星管制システム分析システム 22

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©Synspective Inc. もうちょっとkwsk・・・ 23

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©Synspective Inc. 計画・予測システム画像生成システム分析システム衛星管制システム衛星地上システムの全体構成 24

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©Synspective Inc. 計画・予測システム画像生成システム分析システム衛星への指令コマンド生成取得衛星管制システム衛星地上システムの全体構成 25

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©Synspective Inc. 計画・予測システム画像生成システム分析システム衛星への指令コマンド生成取得 SAR衛星外部地上局プロバイダコマンドリクエスト衛星管制システムコマンド衛星地上システムの全体構成 26

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©Synspective Inc. 計画・予測システム画像生成システム分析システム BigQuery 衛星への指令コマンド生成取得 SAR衛星テレメトリデータ観測データ外部地上局プロバイダコマンドリクエスト観測データテレメトリデータ衛星管制システムテレメトリデータ Cloud Storage リアルタイムモニタリングコマンド衛星運用担当者衛星地上システムの全体構成 27

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©Synspective Inc. 計画・予測システム画像生成システム分析システム BigQuery 衛星への指令コマンド生成取得 SAR衛星テレメトリデータ観測データ取得画像生成外部地上局プロバイダコマンドリクエスト観測データテレメトリデータ衛星運用担当者衛星管制システムテレメトリデータ Cloud Storage コマンドリアルタイムモニタリング衛星地上システムの全体構成 28

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©Synspective Inc. 衛星地上システムの全体構成計画・予測システム画像生成システム分析システム BigQuery 衛星への指令コマンド生成取得データ取得 SAR衛星テレメトリデータ観測データ取得画像生成外部地上局プロバイダコマンドリクエスト観測データテレメトリデータ衛星運用担当者分析テレメトリデータ Cloud Storage コマンドリアルタイムモニタリング衛星管制システム 29

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©Synspective Inc. 31 衛星管制システムの構成

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©Synspective Inc. 32 外部地上局プロバイダ WebApp コントローラ衛星通信IF スケジューラ GKE Cluster 人工衛星 LB LB 専用のソフトウェア等 VM VM VM Cloud SQL モニタリング衛星運用担当者衛星の状態をモニタリング計画・予測システム VPN 衛星への司令衛星管制システムの構成

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©Synspective Inc. GKE Cluster 33 衛星管制システムの構成外部地上局プロバイダ人工衛星 LB LB 専用のソフトウェア等 VM VM VM Cloud SQL モニタリング衛星運用担当者衛星の状態をモニタリング計画・予測システム VPN 衛星への司令 WebApp コントローラ衛星通信IF スケジューラ Cloud Build Cloud Deploy 衛星管制システムの CI/CD

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©Synspective Inc. 衛星管制システムのリリース要件 34

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©Synspective Inc. 35 衛星管制システムにおけるリリース要件

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©Synspective Inc. 36 衛星管制システムにおけるリリース要件高頻度なリリース << 安定したリリース

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©Synspective Inc. 37 衛星管制システムにおけるリリース要件なぜか？高頻度なリリース << 安定したリリース

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©Synspective Inc. 38 衛星管制システムにおけるリリース要件コンプライアンスへの準拠デプロイタイミングの制約なぜか？高頻度なリリース << 安定したリリース

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©Synspective Inc. 39 衛星管制システムにおけるリリース要件デプロイタイミングの制約なぜか？コンプライアンスへの準拠高頻度なリリース << 安定したリリース

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©Synspective Inc. 40 衛星リモセン法に関するコンプライアンス準拠

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©Synspective Inc. 41 ・リモセン装置の利用には内閣総理大臣の許可が必要・リモセン記録を保有する者は、第三者にリモセン記録を提供してはならない ※認定を受けた者に関しては提供が可能・組織的、人的、物理的、技術的な観点での安全管理措置が求められる衛星に搭載したセンサーの使用許可や、そこから得られた地球表面のリモセン記録（観測データ）を扱う者の義務や認定を定めたもの衛星リモセン法に関するコンプライアンス準拠

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©Synspective Inc. 42 ・組織的、人的、物理的、技術的な観点での安全管理措置が求められる衛星リモセン法に関するコンプライアンス準拠

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©Synspective Inc. 43 ・組織的、人的、物理的、技術的な観点での安全管理措置が求められる衛星リモセン法に関するコンプライアンス準拠（一）衛星リモートセンシング記録を取り扱う施設設備に、不正アクセス行為を防止するため、適切な措置が講じられていること。リリースに関して、適切な運用担当者による承認作業が求められる

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©Synspective Inc. 44 人工衛星向け管制システムにおけるリリース要件コンプライアンスへの準拠衛星運用に関する制約なぜか？承認によるリリース判断高頻度なリリース << 安定したリリース

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©Synspective Inc. 45 人工衛星向け管制システムにおけるリリース要件コンプライアンスへの準拠なぜか？承認によるリリース判断衛星運用に関する制約高頻度なリリース << 安定したリリース

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©Synspective Inc. 46

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©Synspective Inc. 47 外部地上局プロバイダ

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©Synspective Inc. 48 外部地上局プロバイダ人工衛星

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©Synspective Inc. 49 外部地上局プロバイダ人工衛星テレメトリデータ受信データ受信可能な範囲

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©Synspective Inc. 50 外部地上局プロバイダ人工衛星 GKE Cluster VPN テレメトリデータ受信データ受信可能な範囲衛星通信IF

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©Synspective Inc. 51 外部地上局プロバイダ人工衛星 GKE Cluster VPN テレメトリデータ受信データ受信中はコネクション維持が必要 →安全を鑑み、作業者立会のもと、デプロイのタイミング調整が必要データ受信可能な範囲衛星通信IF

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©Synspective Inc. 52 人工衛星向け管制システムにおけるリリース要件コンプライアンスへの準拠衛星運用に関する制約なぜか？承認によるリリース判断デプロイタイミングの調整高頻度なリリース << 安定したリリース

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©Synspective Inc. Google Cloudによる衛星管制システムのCI/CD 53

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©Synspective Inc. 54 人工衛星向け管制システムにおけるリリース要件コンプライアンスへの準拠衛星運用に関する制約なぜか？承認によるリリース判断デプロイタイミングの調整高頻度なリリース << 安定したリリース

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©Synspective Inc. 55 人工衛星向け管制システムにおけるリリース要件なぜか？コンプライアンスへの準拠衛星運用に関する制約承認によるリリース判断デプロイタイミングの調整 Cloud Deploy 高頻度なリリース << 安定したリリース

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©Synspective Inc. 56 弊社では、KustomizeとSkaffoldをベースにしたCIOpsにてパイプラインを実装 Cloud BuildとCloud Deployを中心とした衛星管制システムのリリース

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©Synspective Inc. 57 弊社では、KustomizeとSkaffoldをベースにしたCIOpsにてパイプラインを実装・マニフェストの管理ツール・ベースのマニフェストを共通とし、環境ごとのマニフェストを差分として管理可能・Googleが開発したKubernetes上のアプリ開発向けツール・ビルドやデプロイの流れを自動化＆標準化してくれる Cloud BuildとCloud Deployを中心とした衛星管制システムのリリース

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©Synspective Inc. 58 弊社では、KustomizeとSkaffoldをベースにしたCIOpsにてパイプラインを実装 Cloud BuildとCloud Deployを中心とした衛星管制システムのリリース

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©Synspective Inc. 59 弊社では、KustomizeとSkaffoldをベースにしたCIOpsにてパイプラインを実装 / ├base ← 共通のmanifest定義 ├ dev ← 開発環境向け差分 ├ stg ← staging環境向け差分 └ prd ← 本番環境向け差分 Kustomize Skaffold ビルドオプション： Artifact Registryにプッシュデプロイオプション： prd用Kustomizeをもとに反映 PRマージ Cloud BuildとCloud Deployを中心とした衛星管制システムのリリース

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©Synspective Inc. 60 弊社では、KustomizeとSkaffoldをベースにしたCIOpsにてパイプラインを実装本番環境 Cloud Build Kustomize Skaffold ビルドオプション： Artifact Registryにプッシュデプロイオプション： prd用Kustomizeをもとに反映デリバリーパイプラインが起動 PRマージ Cloud BuildとCloud Deployを中心とした衛星管制システムのリリース / ├base ← 共通のmanifest定義 ├ dev ← 開発環境向け差分 ├ stg ← staging環境向け差分 └ prd ← 本番環境向け差分 ※開発環境、ステージング環境に関しても同様

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©Synspective Inc. 61 弊社では、KustomizeとSkaffoldをベースにしたCIOpsにてパイプラインを実装本番環境 skaffold buildでイメージビルド Cloud Build イメージプッシュ Kustomize Skaffold ビルドオプション： Artifact Registryにプッシュデプロイオプション： prd用Kustomizeをもとに反映 Artifact Registry デリバリーパイプラインが起動 PRマージ Cloud BuildとCloud Deployを中心とした衛星管制システムのリリース / ├base ← 共通のmanifest定義 ├ dev ← 開発環境向け差分 ├ stg ← staging環境向け差分 └ prd ← 本番環境向け差分 ※開発環境、ステージング環境に関しても同様

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©Synspective Inc. 62 弊社では、KustomizeとSkaffoldをベースにしたCIOpsにてパイプラインを実装本番環境 skaffold buildでイメージビルド Cloud Build Cloud Deploy イメージプッシュ Kustomize Skaffold ビルドオプション： Artifact Registryにプッシュデプロイオプション： prd用Kustomizeをもとに反映 Artifact Registry デリバリーパイプラインが起動 PRマージ Cloud BuildとCloud Deployを中心とした衛星管制システムのリリース / ├base ← 共通のmanifest定義 ├ dev ← 開発環境向け差分 ├ stg ← staging環境向け差分 └ prd ← 本番環境向け差分 ※開発環境、ステージング環境に関しても同様

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©Synspective Inc. 63 弊社では、KustomizeとSkaffoldをベースにしたCIOpsにてパイプラインを実装本番環境 skaffold buildでイメージビルド Cloud Build Cloud Deploy イメージプッシュ Kustomize Skaffold ビルドオプション： Artifact Registryにプッシュデプロイオプション： prd用Kustomizeをもとに反映 Artifact Registry デリバリーパイプラインが起動 PRマージセキュリティルーム承認待ちタイミングを調整して承認 Cloud BuildとCloud Deployを中心とした衛星管制システムのリリース / ├base ← 共通のmanifest定義 ├ dev ← 開発環境向け差分 ├ stg ← staging環境向け差分 └ prd ← 本番環境向け差分 ※開発環境、ステージング環境に関しても同様

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©Synspective Inc. 64 弊社では、KustomizeとSkaffoldをベースにしたCIOpsにてパイプラインを実装本番環境 skaffold buildでイメージビルド Cloud Build Cloud Deploy イメージプッシュ Kustomize Skaffold ビルドオプション： Artifact Registryにプッシュデプロイオプション： prd用Kustomizeをもとに反映 Artifact Registry デリバリーパイプラインが起動 PRマージセキュリティルーム承認待ちタイミングを調整して承認 Cloud Audit Logs 誰がいつ承認したか？ Cloud BuildとCloud Deployを中心とした衛星管制システムのリリース / ├base ← 共通のmanifest定義 ├ dev ← 開発環境向け差分 ├ stg ← staging環境向け差分 └ prd ← 本番環境向け差分 ※開発環境、ステージング環境に関しても同様

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©Synspective Inc. 65 弊社では、KustomizeとSkaffoldをベースにしたCIOpsにてパイプラインを実装本番環境 skaffold buildでイメージビルド skaffold deployで GKE上にデプロイ Cloud Build Cloud Deploy イメージプッシュイメージプル GKE Kustomize Skaffold ビルドオプション： Artifact Registryにプッシュデプロイオプション： prd用Kustomizeをもとに反映 Artifact Registry デリバリーパイプラインが起動 PRマージ ※開発環境、ステージング環境に関しても同様 prd用でオーバーレイセキュリティルーム承認待ちタイミングを調整して承認 Cloud Audit Logs 誰がいつ承認したか？ Cloud BuildとCloud Deployを中心とした衛星管制システムのリリース / ├base ← 共通のmanifest定義 ├ dev ← 開発環境向け差分 ├ stg ← staging環境向け差分 └ prd ← 本番環境向け差分

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©Synspective Inc. 68 ・開発のイテレーションがそこまで早くない →衛星のローンチタイミングに合わせて、各システムアップデートがスケジューリングされることが多い・「確実かつ安全な」リリースフロー運用が安定してからのお話・「変更失敗率」や「デプロイ失敗時の復旧時間」は有用な指標である一方、まずは衛星の多数機運用に耐えられるスキームが構築できてから（後ほど言及）・Four Keys等に固執しすぎず、今はビジネスとして重要な特性に向き合うあくまで衛星管制システムの場合現状、Cloud Deployで取得可能な開発生産性の指標や高頻度なリリースはそこまで重要ではない

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©Synspective Inc. 74 外部地上局プロバイダ人工衛星 GKE Cluster 衛星通信IF VPN テレメトリデータ受信データ受信可能な範囲リリース対象の衛星通信IFは共通仕様にもかかわらず、リリース衛星ごとにタイミングが異なる

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©Synspective Inc. 77 時間時間時間時間通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 衛星通信IFにおけるリリースの現状

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©Synspective Inc. 78 時間時間時間時間通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 衛星通信IF リリース可能なタイミングこのスキマを探ることが困難になる通信中 (リリース不可) 衛星通信IFにおけるリリースの現状

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©Synspective Inc. 80 時間時間時間時間通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) リリース手動リリースリリースリリース暫定対処的なリリース方式手動手動手動都度リリース承認が必要となり、作業の手間が増える衛星通信IF 衛星通信IF 衛星通信IF 衛星通信IF

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©Synspective Inc. 83 時間時間時間時間通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 衛星通信IF リリース衛星通信IFのリリースは地上局と通信可能な時刻情報から自律的に判断衛星通信IF リリース衛星通信IF リリースリリース目指すべき理想的な衛星通信IFにおけるリリース方式（検討中）自動判断自動判断自動判断自動判断衛星通信IF

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©Synspective Inc. 84 時間時間時間時間通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 衛星通信IF リリース衛星通信IFのリリースは地上局と通信可能な時刻情報から自律的に判断衛星通信IF リリース衛星通信IF リリースリリース目指すべき理想的な衛星通信IFにおけるリリース方式（検討中）自動判断自動判断自動判断自動判断衛星通信IF ここまでできて、初めて「安定したリリース」が実現できたといえる →次のステップとして、開発生産性指標をもとに、リリース頻度やリードタイム短縮に向き合うことが衛星管制システムとしての価値に変わる